城市地下道路安全帶限界分析

唐瑩

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院,廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市交通擁擠日漸加重以及土地資源的稀缺，城市交通地下化成為解決交通矛盾、適應(yīng)城市高密度和高強(qiáng)度開發(fā)需要的一個(gè)重要發(fā)展方向[1-2]。城市地下道路受城市用地規(guī)劃、隧道建設(shè)工藝和建設(shè)成本、技術(shù)條件、建設(shè)工期等方面的限制，特別是對于過江隧道等復(fù)雜的城市地下道路，還受航道通航、水利防洪等方面的影響，隧道的規(guī)模往往有限。對城市地下道路空間的充分利用一般集中體現(xiàn)在橫斷面設(shè)計(jì)中，即在有限的結(jié)構(gòu)斷面中合理組織隧道功能，最大限度地提高隧道通行能力和行車安全性。隧道的橫向布置需滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中道路建筑限界的要求，但目前國內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對城市地下道路的道路建筑限界中是否應(yīng)考慮安全帶、安全帶寬度、安全帶高度等方面的要求有所差別，且關(guān)于這方面的分析和研究較少，在實(shí)際使用中存在著使用安全帶的理解問題。

1 國內(nèi)外研究概述

在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范方面，美國AASHTO的綠皮書和FHWA的隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)隧道機(jī)動車道的道路建筑限界均沒有考慮安全帶的寬度[3-4]，我國歷年的《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對城市道路隧道或地下道路的道路建筑限界有一系列的規(guī)定。1990年版和2012年版《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》均規(guī)定道路機(jī)動車道的道路建筑限界應(yīng)考慮安全帶的寬度，但都沒有規(guī)定安全帶的高度，且兩版規(guī)范關(guān)于安全帶寬度的規(guī)定不同，其中1990年版規(guī)范規(guī)定安全帶寬度應(yīng)根據(jù)道路設(shè)計(jì)速度、安全帶位置（中間帶或兩側(cè)帶）的不同取0.5 m或0.25 m，而2012年版規(guī)范規(guī)定安全帶寬度統(tǒng)一取為0.25 m[5-6]。2012版《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于一般道路的道路限界的規(guī)定基本與2012年版《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》一致，但對機(jī)動車道的路緣石高度、隧道的道路建筑限界進(jìn)行了細(xì)化，規(guī)定道路的緣石外露高度宜為0.15~0.2 m，且隧道的道路建筑限界視情況而定是否考慮安全帶寬度，當(dāng)設(shè)置檢修道時(shí)可不考慮安全帶寬度，當(dāng)不設(shè)檢修道時(shí)應(yīng)考慮安全帶寬度[7]。2012年版《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》在2012版《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)上規(guī)定城市地下道路的道路建筑限界中的安全帶高度為緣石外露高度（最小為0.25~0.4 m）或防撞設(shè)施高度[8]。2012版《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》和2012年版《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》已規(guī)定可將檢修道和防撞設(shè)施作為安全帶來使用。

在學(xué)術(shù)研究方面，國內(nèi)外專門針對城市地下道路的道路建筑限界的研究很少。國外對城市地下道路的研究主要集中在城市地下道路信息系統(tǒng)、通風(fēng)等方面。Chmelina等[9]研究了隧道信息系統(tǒng)在城市地下道路管理和巖土工程中的應(yīng)用。Eftekharian等[10]提出了基于流體動力學(xué)模型的城市地下道路壓強(qiáng)下降的數(shù)據(jù)分析，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)預(yù)測在交通擁堵情況下的隧道內(nèi)壓強(qiáng)變化，分析其對隧道通風(fēng)的影響。國內(nèi)學(xué)者對城市地下道路的研究主要集中在地下道路橫斷面、視覺環(huán)境對駕駛行為的影響等方面。劉碩等[1]基于8自由度的駕駛模擬器研究了地下道路車道寬度、車道位置、側(cè)向凈寬對駕駛行為的影響，基于橫向偏移狀態(tài)分析了不同條件下的行車安全性，為地下道路設(shè)計(jì)速度、車道寬度、限速、車道組合等方面提出了建議。陳雨人等[11]應(yīng)用實(shí)車試驗(yàn)技術(shù)獲取地上和地下道路環(huán)境系統(tǒng)中車輛運(yùn)行特征和駕駛員視覺信息負(fù)荷的對比研究，分析了視覺信息負(fù)荷對車頭間距和運(yùn)行車速等車輛運(yùn)行特征的影響規(guī)律。

由以上分析可知：目前各規(guī)范和相關(guān)的研究對城市地下道路的道路建筑限界的安全帶寬度、安全帶高度等方面的規(guī)定缺乏廣泛認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)。雖然現(xiàn)行的《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》和《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》提出可將檢修道和防撞設(shè)施作為安全帶來使用，但安全帶的寬度和隧道內(nèi)車道寬度、車道位置等共同影響著隧道內(nèi)駕駛車輛的車速、行車舒適性和安全性，很難僅僅從是否設(shè)檢修道來判定是否設(shè)安全帶寬度。另外，檢修道高度受消防設(shè)備拿取、其下放置的電纜和給水管的空間尺寸等要求的影響差別較大，不同的檢修道高度對安全帶的使用功能（即對車輛的攔護(hù)和防撞要求）有一定的影響，這使得在具體設(shè)計(jì)工作中對城市地下道路的橫斷面設(shè)計(jì)方面難以把握，并可能對工程造價(jià)、建筑工藝、建設(shè)工期等帶來一系列的影響。因此，有必要對此開展深入研究，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，靈活進(jìn)行城市地下道路的橫斷面設(shè)計(jì)。

2 研究思路

目前，關(guān)于城市地下道路的道路限界方面的歧義主要為以下三個(gè)方面：（1）是否需設(shè)安全帶；（2）安全帶的寬度；（3）安全帶的高度。前兩者主要涉及到城市地下道路的側(cè)向凈寬，后者主要考慮保證城市地下道路內(nèi)駕駛車輛的攔護(hù)、防碰撞和側(cè)翻。

2.1 是否需設(shè)安全帶及安全帶的寬度

側(cè)向凈寬為路緣帶寬度與安全帶寬度之和，安全帶作為側(cè)向凈寬的一部分提供側(cè)向余寬、增加行車舒適感、改善彎道處視距、提高行車安全等。城市地下道路的車道寬度、側(cè)向凈寬、車道位置等都是駕駛行為的重要影響因素，當(dāng)車道寬度、側(cè)向凈寬較大時(shí)，駕駛員有充足的行駛空間，行車舒適性和安全性較好，但隨著行駛速度和橫向偏移的增大，由于城市地下道路環(huán)境單一，超速現(xiàn)象會越發(fā)嚴(yán)重，極易誘發(fā)交通事故。當(dāng)一般城市地下道路受限采用較小的車道寬度和側(cè)向凈寬時(shí)，易引起車輛擦碰側(cè)墻事故，增加駕駛?cè)斯ぷ髫?fù)荷，但因?yàn)樾旭偹俣鹊慕档秃婉{駛員注意力的集中也將降低行車風(fēng)險(xiǎn)。故應(yīng)綜合考慮各個(gè)因素的影響，采用合適的側(cè)向凈寬，提高行車安全。

劉碩等[1]基于8自由度的駕駛模擬器定量分析了城市地下道路車道寬度、車道位置、側(cè)向凈寬對小客車的車速、橫向偏移、駕駛員主客觀評價(jià)的影響。

2.1.1 車速

當(dāng)車道寬度不超過3.75 m時(shí)，車速與車道寬度呈正相關(guān)。以側(cè)向凈寬為0.75 m為例，車道寬度較小時(shí)，車道位置對平均車速有顯著性影響，左側(cè)車道的平均車速最高，中間車道的平均車速最低；車道寬度較大時(shí)，左中右3條車道上的平均車速差不大。駕駛員在較寬的側(cè)向凈寬下會保持較高的行駛速度，這一現(xiàn)象類似于車道寬度對車速的影響，但當(dāng)車道和側(cè)向凈寬增加相同的寬度時(shí)，車道寬度對車速影響更加明顯。

當(dāng)車道寬度為3.25 m、側(cè)向?qū)挾葹?.5 m時(shí)，車輛的平均速度約68 km/h；車道寬度為3 m、側(cè)向?qū)挾葹?.75 m時(shí)，車輛的平均速度約67 km/h，均超過60 km/h，與現(xiàn)行地下道路的行駛速度較匹配。車行道寬度不小于3.5 m后，車輛的平均速度超過80 km/h，超速現(xiàn)象較嚴(yán)重，行車安全風(fēng)險(xiǎn)較大。車道寬度不小于3.25 m時(shí)，左中右3條車道的平均車速差較小。

2.1.2 橫向偏移

車輛在橫向位置分布服從正態(tài)分布，橫向偏移范圍隨車道寬度的增加不斷增大。左側(cè)車道和中間車道的駕駛?cè)藘A向于沿著車道中心線偏右的位置行駛，而右側(cè)車道的駕駛?cè)烁鼉A向于沿著車道中心線偏左的位置行駛。當(dāng)車道寬度較窄時(shí)，在兩側(cè)車道行駛的車輛會遠(yuǎn)離側(cè)墻行駛，隨著車道寬度的增加，車輛的橫向分布會更加均勻，橫向偏移的均值逐漸接近0；中間車道的橫向偏移范圍最大，而右側(cè)車道橫向偏移范圍最小。側(cè)向凈寬對中間車道的橫向偏移沒有顯著性影響，但對左側(cè)車道和右側(cè)車道有較為顯著的影響。隨著側(cè)向凈寬的增大，兩側(cè)車道車輛的橫向偏移范圍會增大，分布也會更加均勻。此現(xiàn)象跟車道寬度的影響相似，但影響程度較小。

車道寬度由3 m變?yōu)?.25 m時(shí)，車輛越線和壓線行駛的比例大幅降低。當(dāng)車道寬度為3 m時(shí)越線行駛的比例約為2%，壓線行駛的比例約8.4%；當(dāng)車道寬度為3.25 m時(shí)越線行駛的比例約為0.65%，壓線行駛的比例約6.4%。側(cè)向凈寬增大會適當(dāng)降低越線行駛的比例，但對壓線行駛的影響很小，當(dāng)側(cè)向?qū)挾扔?.5 m變?yōu)?.75 m時(shí)，越線行駛的比例由3.6%降為2.7%。中間車道的壓線行駛比例最高，但越線行駛的比例最低，兩側(cè)車道中右側(cè)車道的越線和壓線行駛比例較低。

2.1.3 主觀評價(jià)

所有受試者均認(rèn)為車道寬度對主觀安全感知有很大影響，有3/4受試者認(rèn)為側(cè)向凈寬會影響他們進(jìn)行速度和軌跡的決策。然而，只有不超過20%的駕駛?cè)苏J(rèn)為在不同車道上行駛會對他們的駕駛行為產(chǎn)生影響.將上述車速及橫向偏移的分析結(jié)果和對駕駛?cè)酥饔^感知進(jìn)行對比，可以看出駕駛行為有時(shí)與駕駛?cè)说闹饔^感知并不一致。

駕駛員普遍忽視不同車道上行駛對駕駛行為的影響。

基于以上分析，現(xiàn)行地下道路的行駛速度約60 km/h，建議小客車專用車道的車道寬度取3.25m，有條件時(shí)側(cè)向?qū)挾热?.75m，條件受限時(shí)可取0.5m，或者道路兩側(cè)的側(cè)向凈寬取不同值，左側(cè)側(cè)向凈寬取0.75 m，右側(cè)側(cè)向凈寬取0.5 m。根據(jù)側(cè)向凈寬的要求靈活選擇是否設(shè)安全帶，及選取合適的安全帶寬度。另外，可適當(dāng)增加中間車道的車道寬度來減少中間車道與兩側(cè)車道的速度差，及減少車輛壓線的比例?；煨熊嚨儡嚨缹挾炔恍∮?.5 m。

2.2 安全帶的高度

安全帶的高度主要考慮車輛的攔護(hù)和防撞要求，本文主要研究城市地下道路的緣石外露高度或防撞設(shè)施的高度是否滿足安全帶的高度要求，即檢修道或防撞設(shè)施是否可作為安全帶使用?！冻鞘械叵碌缆饭こ淘O(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 221—2015）規(guī)定城市地下道路內(nèi)部不設(shè)檢修道時(shí)側(cè)墻下部必須設(shè)置防撞設(shè)施，且防撞設(shè)施的設(shè)置應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《城市道路交通設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50688）的規(guī)定，故分設(shè)與不設(shè)檢修道兩種情況進(jìn)行分析。

2.2.1 設(shè)檢修道時(shí)

對于城市地下道路的緣石外露高度即檢修道的高度，《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 221-2015）規(guī)定其高度最小值為0.25～0.40 m[8]，而《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 193—2012）規(guī)定其高度為0.20～0.80 m[7]，不同版本的現(xiàn)行規(guī)范對檢修道高度的規(guī)定并不一致。

馮苠等[12]利用ADAMS仿真分析軟件進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真試驗(yàn)，以小型車作為研究對象探討公路橋梁路緣石的合理高度，研究不同車速、不同碰撞角度、不同路緣石高度條件下的路緣石碰撞特性，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的車速分別為60 km/h、80 km/h、100 km/h，選取直線型路緣石，路緣石高度分別為0.15 m、0.2 m、0.25 m、0.3 m、0.35 m、0.4 m，試驗(yàn)次數(shù)為54次。研究成果表明：路緣石高度較低時(shí)由于車輛與路緣石碰撞后易發(fā)生跳車現(xiàn)象，因此對行車安全不利；路緣石較高時(shí)車輛與之相撞后對車輛造成了較嚴(yán)重的損壞，對乘員安全不利。路緣石對偏駛車輛的攔護(hù)效果按路緣石高度排序?yàn)?.35 m好于0.3 m好于0.25 m好于0.4 m好于0.15 m好于0.2 m；當(dāng)路緣石高度為0.35 m時(shí)，完成安全攔護(hù)7次，出現(xiàn)1次翻車事故；路緣石高度為0.3 m時(shí)，安全攔護(hù)5次，出現(xiàn)1次翻車事故；路緣石高度為0.25 m時(shí)，安全攔護(hù)5次，出現(xiàn)2次翻車事故；路緣石高度為0.4 m時(shí)，安全攔護(hù)4次，出現(xiàn)2次翻車事故；路緣石高度為0.15 m時(shí)，安全攔護(hù)3次，出現(xiàn)1次翻車事故；而路緣石高度為0.2 m時(shí)，安全攔護(hù)3次，出現(xiàn)2次翻車事故。因我國目前在城市地下道路內(nèi)行駛的小型汽車占有量比例非常大，而且未來該比例會繼續(xù)增大，另外，大型車因底盤高度大，路緣石對其行駛的攔護(hù)作用有限，而小型車因質(zhì)量小、速度快，與路緣石碰撞、刮蹭后易出現(xiàn)翻車或偏駛狀況，造成與后方車輛及相鄰車道車輛發(fā)生相撞的二次事故幾率增大，對行車安全不利，故該小型車的試驗(yàn)成果對城市地下道路安全帶高度的合理確定有較大的參照意義。

建議檢修道的高度在綜合考慮方便拿取消防設(shè)備、滿足其下放置電纜和給水管等的空間尺寸等要求后，優(yōu)先采用0.35 m。當(dāng)用地條件較寬松而檢修道的高度較高（大于0.4 m）時(shí)，建議另在路緣帶和檢修道的中間設(shè)0.25 m的安全帶寬度。

2.2.2 不設(shè)檢修道時(shí)

城市地下道路防撞設(shè)施的高度滿足《城市道路交通設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50688）的規(guī)定，可認(rèn)為滿足安全帶的高度要求，即防撞設(shè)施可作為安全帶使用。

3 應(yīng)用分析

東南部某城市的地下道路，城市主干路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，橫斷面為：雙向六車道，均為混行車道，車行道寬度為3.5 m，路緣帶寬度為0.5 m，隧道兩側(cè)設(shè)檢修道，檢修道高度為0.4 m，檢修道和防撞設(shè)施均作為安全帶使用。該地下道路的橫斷面圖如圖1所示。

圖1 地下道路橫斷面圖（單位：m）

根據(jù)前面的分析，該隧道橫斷面布置較緊湊，混行車道的寬度取規(guī)范規(guī)定的較小值3.5 m，路緣帶寬度為0.5 m，車道左側(cè)設(shè)防撞設(shè)施，右側(cè)設(shè)0.4 m高的檢修道，檢修道高度滿足安全帶的高度要求，防撞設(shè)施和檢修道均可作為安全帶使用。

4 結(jié)語

綜合考慮車行道寬度、側(cè)向凈寬、檢修道高度等因素來判斷城市地下道路是否需設(shè)安全帶寬度，對于設(shè)計(jì)速度不大于60 km/h的城市地下道路，建議小客車專用車道的寬度取3.25 m，有條件時(shí)側(cè)向凈寬取0.75 m，條件受限時(shí)側(cè)向凈寬取0.5 m，或者左側(cè)車道取較大的側(cè)向凈寬?；煨熊嚨赖能嚨缹挾炔恍∮?.5m。安全帶的高度取0.25~0.4m，防撞設(shè)施可作為安全帶使用；當(dāng)城市地下道路的檢修道高度不大于0.4 m時(shí)，可不設(shè)安全帶寬度，檢修道也可作為安全帶使用。